Thông tin tài liệu:
Bài giảng Cơ sở Khí cụ điện - Chương 6: Sự phát nóng của thiết bị điện trình bày các khái niệm chung, các dạng tổn hao trong thiết bị điện, các phương pháp trao đổi nhiệt, quá trình phát nóng của vật thể đồng chất khi làm việc dài hạn, quá trình phát nóng của vật thể đồng chất khi làm việc ngắn hạn, quá trình phát nóng của vật thể đồng chất khi làm việc ngắn hạn lặp lại, quá trình phát nóng khi ngắn mạch.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cơ sở Khí cụ điện: Chương 6 - Đoàn Thanh Bảo
Bài giảng Cơ sở Khí cụ điện
CHƯƠNG 6
SỰ PHÁT NÓNG CỦA
THIẾT BỊ ĐIỆN
CHƯƠNG 6: SỰ PHÁT NÓNG CỦA TBỊ ĐIỆN
6.1. khái niệm chung
6.2. Các dạng tổn hao trong thiết bị điện.
6.3. Các phương pháp trao đổi nhiệt.
6.4. Qúa trình phát nóng của vật thể đồng chất khi
làm việc dài hạn.
6.5. Qúa trình phát nóng của vật thể đồng chất khi
làm việc ngắn hạn.
6.6. Qúa trình phát nóng của vật thể đồng chất khi
làm việc ngắn hạn lặp lại.
6.7. Qúa trình phát nóng khi ngắn mạch
6.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Ở trạng thái làm việc, trong các bộ phận của TBĐ như: mạch
vòng dẫn điện, mạch từ, các chi tiết bằng kim loại và cách điện đều
có tổn hao năng lượng tác dụng và biến thành nhiệt năng.
Một phần của nhiệt năng này làm tăng nhiệt độ của TBĐ, còn
1 phần khác tỏa ra môi trường xung quanh.
Ở chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ của thiết bị không tăng lên nữa
mà đạt trị số ổn định, còn toàn bộ nhiệt năng tỏa ra môi trường xung
quanh.
Nếu nhiệt độ của TBĐ tăng cao thì cách điện bị già hóa và độ
bền cơ của các chi tiết bị suy giảm.
6.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Khi tăng nhiệt độ của vật liệu cách điện lên 8oC so với nhiệt độ
cho phép ở chế độ dài hạn thì tuổi thọ của cách điện giảm 50%.
Với vật liệu dẫn điện thông dụng nhất là Cu, nếu tăng nhiệt độ
từ 100oC đến 250oC thì độ bền cơ giảm 40%, khi độ bền cơ của
chúng giảm nên lực điện động trong trường hợp ngắn mạch sẽ làm
hư hỏng thiết bị.
Do vậy độ tin cậy của thiết bị phụ thuộc vào nhiệt độ phát
nóng của chúng.
Dựa vào mức độ chịu nhiệt của Vliệu cách điện, ta có các cấp
cách điện:
Cấp cách điệnY A E B F H C
Nhiệt độ cho 90 105 120 130 155 180 >180
phép (ºC)
6.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Trong tính toán phát nóng TBĐ thường dùng một số khái
niệm như sau :
o : nhiệt độ phát nóng ban đầu, thường lấy bằng nhiệt độ môi
trường.
: nhiệt độ phát nóng
= - o : là độ chênh nhiệt so với nhiệt độ môi trường , ở
vùng ôn đới cho phép = 350C, vùng nhiệt đới = 500C. Sự phát
nóng thiết bị điện còn tùy thuộc vào chế độ làm việc.
ôđ = ôđ - o : độ chênh nhiệt độ ổn định.
6.2. CÁC DẠNG TỔN HAO
Trong TBĐ có các dạng tổn hao năng lượng chính
sau :
6.2.1. Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện,
6.2.2. Tổn hao trong các chi tiết bằng vật liệu sắt từ
6.2.3. Tổn hao điện môi.
6.2.1. TỔN HAO TRONG CÁC CHI TIẾT DẪN ĐIỆN
Năng lượng tổn hao trong dây dẫn do dòng điện i đi
qua trong thời gian t được tính theo công thức sau :
(6.1)
R ϵ vào ρ, kích thước dây dẫn, ngoài ra còn phụ thuộc
vào tần số dòng điện, vị trí của dây dẫn nằm đơn độc hay
gần dây dẫn khác có dòng điện đi qua.
- Nếu dây dẫn có ρ, l, S và có dòng 1 chiều chạy qua thì
điện trở của nó: l
R ρ (6.2)
S
6.2.1. TỔN HAO TRONG CÁC CHI TIẾT DẪN ĐIỆN
- Khi dòng xoay chiều đi qua sẽ gây hiệu ứng mặt
ngoài làm cho đtrở dây dẫn tăng: R 1~ K m .R (6.3)
Trong đó: R là đtrở 1 chiều; R1~ là đtrở xchiều.
K m 1 là hệ số tính đến hiệu ứng mặt ngoài (tra bảng)
(ϵ kthước dây, ρ và ƒ)
- Khi 2 dây dẫn đặt gần nhau có dđiện chạy qua, từ
trường của dây dẫn này tác dụng với dđiện của ddẫn kia
làm thay đổi sự phân bố của dđiện trong ddẫn nên đtrở
cũng thay đổi. Gọi htượng này hiệu ứng gần: Kg
6.2.1. TỔN HAO TRONG CÁC CHI TIẾT DẪN ĐIỆN
R 2~
Kg (6.4)
R 1~
- Trong đó: R2~ là đtrở của ddẫn khi nó đặt gần ddẫn khác.
R1~ là đtrở của ddẫn khi đặt đơn độc.
Kg ϵ kthước dây, ρ, ƒ và khoảng cách giữa 2 dây.(tra bảng)
- KL: Nếu kể cả hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần thì
gây ra tổn hao phụ và bằng:
R 2~ R 2~ R 1~
K ph . K g .K m (6.5)
R- R 1~ R
6.2.2. TỔN HAO TRONG CÁC PHẦN TỬ SẮT TỪ
Nếu các phần tử sắt từ nằm trong vùng từ trường
biến thiên thì trong chúng sẽ có tổn hao do từ trễ và dòng
điện xoáy tạo ra và tính theo cthức:
PFe ( K T B m1, 6 K X f . B m2 ). f .G (6.6)
Trong ®ã: - PFe: Tæn hao s¾t tõ (W).
- Bm: TrÞ sè biªn ®é cña tõ c¶m (T).
- f: TÇn sè tõ trêng (Hz).
- KT,KX: HÖ sè tæn hao do tõ trÔ vµ dßng ®iÖn xo¸y.
KT= ( 1,9 2,6 ); KX = ( 0,4 1,2 )
- G: Khèi lîng cña m¹ch tõ ( kg ).
KL: Nh vËy tæn hao s¾t tõ phô thuéc vµo tÇn sè, tõ c¶m vµ
®iÖn trë xo¸y cña vËt liÖu.
6.2.2. TỔN HAO TRONG CÁC PHẦN TỬ SẮT TỪ
- Trong trêng hîp ®¬n gi¶n cã thÓ tÝnh :
PFe = p0 . G (6.7)
p0: suÊt tæn hao s¾t tõ (W/kg ).
- §Ó gi¶m tæn hao trong c¸c chi tiÕt s¾t tõ d¹ng khèi, ngêi
ta sö dông c¸c biÖn ph¸p sau:
+ T¹o khe hë phi tõ tÝnh theo ®êng ®i cña tõ th«ng ®Ó
t¨ng tõ trë, gi¶m tõ th«ng (gi¶m Bm) - b»ng c¸ch c¾t
m¹ch tõ ra, sau hµn l¹i b»ng ®ång.
+ §Æt thªm vßng ng¾n m¹ch ®Ó t¨ng tõ kh¸ng, gi¶m tõ
th«ng.
+ Víi c¸c chi tiÕt cho thiÕt bÞ cã dßng ®iÖn lín h¬n
1000 A, ®îc chÕ t¹o b»ng vËt liÖu phi tõ tÝnh nh: gang,
thÐp kh«ng dÉn tõ….
6.2.3. TỔN HAO TRONG VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN
-Díi t¸c dông cña ®iÖn trêng biÕn thiªn, trong vËt liÖu
c¸ch ®iÖn sinh ra tæn hao ®iÖn m«i.
tg
P 2 .f.U 2 .tg (6.7)
Trong ®ã: P lµ c«ng suÊt tæn hao (W).
f lµ tÇn sè cña ®iÖn trêng (Hz)
U
U lµ ®iÖn ¸p (V) H×nh 6.1
tgδ lµ tang cña gãc tæn hao ®iÖn m«i, phô thuéc vµo ®iÖn
¸p vµ ®îc cho ë hình
- KL: Tổn hao điện môi chỉ đáng kể khi điện áp cao.
6.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI NHIỆT
Nhiệt được truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi
có nhiệt độ thấp hơ ...